linux高性能服务器编程学习笔记二：IP协议详解

1、IP协议是TCP/IP协议族的核心协议。要理解IP协议应当从了解它的头部信息开始。网络层主要的作用是路由选址和转发。选址当然选的是IP地址，所以头部信息应当包括源IP地址和目的IP地址。要知道以太网帧数据的最大长度为1500字节，那么在网络层传递给数据链路层的时候就需要对IP数据包进行分片，那么IP头部信息应当有分片字段。为了多个分片的数据包能够重组，应当有唯一一个标识字段来确认多个分片的包同属于一个IP数据包。网络层还可以调节各种各样的情况，例如最小延时，最大吞吐量，因此应当有个服务字段。防止IP数据包在网络流当中无限循环，应当有个生存时间字段。IP协议又分为IPV4和IPV6，所以应当有版本号字段。为了知道头部长度和总长度，应当有头部长度字段和总长度字段。为了知晓在传输的过程中IP数据包是否正确传输，应当有校验和字段。具体格式见：

这里特意强调以下几个字段

   4位头部长度字段，1位代表4个字节，4位最大为15，表示最长为60字节，也就是选项字段有40字节。

8位的服务类型字段，前3位通常被忽略，紧接着的4位TOS字段分别表示最小延时，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。最后一位保留字段置0。

3位标志字段，第一位保留，第二位DF（Don’t Fragment）表示“禁止分片”，如果设置了这个位就表示不进行分片，假如在这种情况下，数据包长度超过MTU，则会丢弃该包并发送一个ICMP差错报文。第三位MF（More Fragment）表示“更多分片”，表示还有其它分片。除了数据包的最后一个分片外，其它分片第三位都要置1.

   8位协议字段区分是哪个上层协议传递下来的包，1是ICMP，6是TCP，17是UDP。

   16位头部校验和字段利用CRC检验头部在传输过程中是否损坏。32位的源IP地址和目的IP地址在整个数据报的传输中都不变，即使经过了多次转发。

选项字段一般包括：记录路由（记录途径的所有路由器的IP地址）、时间戳（记录每次经过一个路由器时的转发的时间）、松散源路由选择（一个路由器IP地址表，途径过程中应当包括其所有的路由器）、严格源路由选择（一个路由器IP地址表，途径过程只能是地址表中的路由器）。

2、路由转发和选址主要的硬件设备是路由器，路由器当中有个路由表对接收到的IP数据包进行分类，主要和IP数据包的目标IP地址有关。路由机制如下：

（1）查找路由表中和数据包的目标IP地址完全匹配的主机IP地址。如果找到，就使用该路由项。如没有找到，进行步骤2

（2）查找路由表中和数据包的目标IP地址的网络ID匹配的网络IP地址，如果找到，就使用该路由项。如没有找到，进行步骤2

（3）选择默认路由项，这通常意味着数据包的下一跳为默认网关。

3、当需要对一个数据包进行转发时，应当执行如下操作

（1）检查头部的TTL值，为0则丢弃

（2）查看数据头部的严格源路由选项，假如该选项被设置，则检测数据包的目标IP地址是否为本机的某个IP地址，若不是，则发送一个ICMP源站选路失败报文给发送端，并且有必要的的话，发送一个ICMP重定向报文，告诉源端合理的下一跳IP地址

（3）TTL值减1，处理IP头部选项，假如有必要，对其进行分片再转发。

4、IPV6与IPV4不同，其用十六进制字符串表示而不是点分十进制。例如：FE80:0000:0000:0000:1234:5678:0000:0012。每个部分2个字节。一般情况下，对于多个连续的0000可以省略，因此上述可变成：FE80::1234:5678:0000:0012。全0压缩只能使用一次，否则不知道中间省略了多少个全0组。